Czy projektanci, którzy tworzą małoseryjne i prototypowe urządzenia powinni korzystać raczej z elementów do montażu powierzchniowego (SMD) czy trzymać się elementów przewlekanych (THT)? Te drugie są dużo łatwiejsze do zobaczenia u montażu, ale czy to wszystko, co się liczy?
Każdy, kto projektuje płytki drukowane do niewielkich serii urządzeń zadaje sobie to pytanie. Amatorzy, hobbyści i profesjonaliści – wszyscy zastanawiają się, czy jest sens korzystania z elementów w obudowach SMD wszędzie tam, gdzie to możliwe, czy nie?
Montaż SMD jest relatywnie nową rzeczą w elektronice. Korzystanie z tego rodzaju elementów ma wiele zalet. Dzięki temu, że podczas montażu wystarczy tylko położyć element w odpowiednim miejscu – nie trzeba dbać o przewlekanie jego nóżek przez PCB – można prosto zautomatyzować taki montaż, znacznie go przyspieszając.
Obecnie nowoczesne urządzenia do montażu automatycznego PCB są w stanie umieścić na płytce drukowanej (PCB) nawet 50 tysięcy elementów na godzinę. To świetna sprawa, jeśli chcemy produkować np. milion telefonów miesięcznie, ale co z tymi, którzy chcą, np. na wstępnej fazie wdrażania produktu swojego start-upu wyprodukować 1000 sztuk jakiegoś urządzenia? Albo do hobbystycznego projektu dla znajomych potrzebują 100 zmontowanych płytek? Nie mówiąc już o amatorskich projektach, które powstają często w liczbie zaledwie kilku sztuk. Czy tego rodzaju projekty realizowane powinny być z wykorzystaniem techniki SMD, a może znanych i lubianych układów THT, które dużo prościej jest ręcznie polutować?
W poniższym artykule skupimy się na omówieniu, kiedy warto trzymać się klasycznego montażu przewlekanego. W większości przypadków jednakże, warto jest skłonić się ku technologii SMD, nawet jeżeli odrobinę utrudnia nam to montaż.
Jednocześnie pamiętać należy, iż istnieją elementy, które dostępne są tylko w obudowach do montażu THT – oczywiście wtedy nie mamy wielkiego wyboru, analogicznie jak w przypadku układów, które dostępne są tylko w obudowach do montażu powierzchniowego. Jeśli jednak mamy wybór, to warto skorzystać z techniki SMD, poza kilkoma wyjątkami:
* Gdy montowane układy są wyjątkowo duże i ciężkie. Elementy takie jak transformatory, przekaźniki, duże kondensatory itp. najlepiej jest montować w obudowach THT. Część z tych układów nie ma nawet odpowiedników w obudowach SMD, a te, które mają wymagają dodatkowego wzmacniania miejsca połączenia – spoina SMD nie jest w stanie przenieść dużego obciążenia mechanicznego.
* Złącza – narażone są one na spore obciążenia podczas włączania i wyłączania. Aby uniknąć wyrwania tego elementu, warto wybrać takie konektory, które dostępne są w obudowie do montażu THT.
* Gdy naprawdę nie umiemy, nie chcemy i/lub nie mamy jak montować elementów SMD.
* Gdy mamy już elementy i są one w obudowach THT.
Oprócz powyższych sytuacji naprawdę warto rozważyć zastosowanie elementów SMS w naszych projektach. Czemu? Po pierwsze wiele nowoczesnych, zaawansowanych elementów, takich jak układy scalone, dostępne jest tylko w obudowach do montażu powierzchniowego. Jeśli będziemy trzymać się elementów przewlekanych, to zamkniemy się na możliwość korzystania z nowszych elementów.
Po prawej stronie widzimy dwie proste, zmontowane płytki drukowane z mikrokontrolerem, kilkoma elementami i złączami. Zasadniczo mają one podobną funkcjonalność – płytka w technologii SMD ma jedynie dodatkowo interfejs USB i sterownik do silników. Obie polutowane są ręcznie. Sterownik do silników, jaki znalazł się w tym projekcie nie jest dostępny w obudowie do montażu przewlekanego.
Kiedyś większość układów scalonych dostępne było w szerokiej gamie obudów – od DIP z rastrem 0,1” (2,54 mm) do mikroskopijnych obudów SMD różnej wielkości, zależnie od tego, jaka w danym momencie dostępna była najmniejsza obudowa. Obecnie jednakże, z uwagi na zwiększenie ilości układów scalonych, często bardzo niszowych i wyspecjalizowanych, firmy rezygnują z utrzymywania szerokiej gamy obudów dla swoich elementów, aby zredukować koszty. Większość układów scalonych dostępnych jest teraz w typowych obudowach dla danej klasy elementów, która dopasowana jest do potrzeb klientów – a te w większości wypadków koncentrują się na miniaturyzacji.
Jako jedna z niewielu, firma Microchip Technology, nadal utrzymuje wiele linii swoich produktów w obudowach DIP. Dostępne są one też w obudowach, takich jak QFN czy BGA z rastrem często wynoszącym zaledwie 0,5 mm, ale nie wiadomo, jak długo firma ta będzie chciała produkować elementy w obudowach DIP. Wiele klas elementów, takich jak ładowarki do ogniw litowo-polimerowych czy wzmacniacze audio itp. dostępne są jedynie w obudowach do montażu powierzchniowego, takich jak QFN lub BGA. Podobnie jest z układami pracującymi z wysokimi częstotliwościami, aczkolwiek tutaj wynika to ściśle z przyczyn technologicznych – tego rodzaju elementy już od dawna montowane były powierzchniowo.
Popularność miniaturowych urządzeń Internetu Rzeczy, urządzeń mobilnych, komputerów przenośnych itp. dalej napędza trend miniaturyzacji układów scalonych. Niewielki układ scalony o wymiarach 3 mm x 3 mm można wykorzystać w miniaturowym systemie IoT i dużym komputerze stacjonarnym. Element w obudowie do montażu przewlekanego np. DIP20 czy nawet większej obudowie SMD (np. SOIC20) jest już zbyt duży, aby znaleźć zastosowanie w kieszonkowym sensorze IoT. Dlatego też producenci wybierają dla swoich układów elektronicznych mniejsze obudowy, które znajdują szersze zastosowania. Niektóre z tych elementów dostępne są komercyjnie w postaci modułów na przejściówkach do montażu przewlekanego, ale jest to dobre jedynie do prototypowania układów, a nie produkcji masowej (nawet na niewielką skalę).
Nie bez znaczenia jest także ekonomia. Elementy SMD są zazwyczaj tańsze od swoich analogów THT. Wynika to z faktu, iż do ich produkcji potrzebne jest zauważalnie mniej surowców, co przekłada się na ich cenę. Jest to szczególnie zauważalne przy elementach pasywnych. Jeśli porównamy ceny np. oporników w katalogu internetowym, to cena obu – SMD i THT – zaczyna się od około 0,10 dolara, ale już przy zakupie stu sztuk cena elementów SMD to połowa ceny tych przewlekanych.
Rozmiary elementów są nie bez znaczenia także dla ich magazynowania. Na obrazku po lewej stronie widzimy zestawienie kondensatorów SMD i THT. Elementów do montażu powierzchniowego jest 500, a tych przewlekanych zaledwie kilka. Zajmują przy tym podobną ilość miejsca.
Ilość zajmowanego miejsca jest ważna nie tylko na półce w magazynie, ale także na płytce drukowanej. Tutaj jest nawet ważniejsza, wszak za każdy centymetr kwadratowy PCB musimy zapłacić – im mniejszy będzie nasz projekt, tym tańsza będzie jego produkcja.
Jeśli chcesz, by Twój projekt trafił kiedykolwiek to produkcji masowej, to zacznij projektować go od razu z wykorzystaniem elementów SMD. W ten sposób unikniesz konieczności przerabiania projektu na późniejszym etapie. Pozwoli to oszczędzić czas i pieniądze.
Jak zawsze kluczowym pytaniem w przypadku produkcji urządzeń elektronicznych – niezależnie od woluminu produkcji – jest koszt. Czy montaż elementów SMD na linii produkcyjnej nie będzie droższy niż w przypadku elementów przewlekanych? Niestety – ten rachunek nie jest taki prosty, ale często wskazuje na korzyść elementów SMD.
Większość ludzi z dobrą lupą i odrobiną cierpliwości jest w stanie poradzić sobie z ręcznym montażem elementów pasywnych w obudowach 0604 czy 0402. Część z nich potrafi nawet polutować ręcznie układy QFN czy BGA. Jednakże powyżej pewnej ilości elementów montaż ręczny przestaje mieć jakikolwiek sens, szczególnie, że wymaga sporo wprawy i wyspecjalizowanych narzędzi.
Jeśli pracujesz nad projektem hobbystycznie, to musisz wykorzystać takie elementy, które możesz polutować ręcznie. Można robić to lutownicą, ale także korzystając z przerobionego piekarnika, lub ewentualnie znaleźć zakład, który realizuje krótkie serie w sensownych cenach. Oczywiście pociąga to za sobą problemy w jakości montażu i konieczność inspekcji manualnej i testowania produkowanych urządzeń.
Jeśli natomiast robisz to w ramach większej firmy, to zazwyczaj tutaj czas to pieniądz. Obie te zmienne są oczywiście wymienne – im szybciej chcemy coś wyprodukować, tym więcej za to zapłacimy. Kompromis zależy od naszych konkretnych potrzeb.
Podsumowując – nie ma nic złego w wykorzystywaniu elementów przewlekanych. Jeśli z jakiegoś powodu preferujesz takie elementy, to korzystaj z nich w swoich projektach. Pamiętaj jednak, iż najnowsze układy scalone dostępne są niemalże wyłącznie w obudowach SMD, co ogranicza Twój wybór podczas projektowania urządzenia. Dodatkowo, szczególnie na większą skalę, koszt jest dużo mniejszy, jeśli korzystasz z układów SMD – tańsze są same elementy, ich montaż oraz mniejsze płytki drukowane.
A Wy, jakie elementy preferujecie? Jak radzicie sobie z ręcznym montażem elementów SMD w swoich projektach i prototypach?
Źródło: https://www.eeweb.com/profile/duane-benson-2/articles/how-to-build-a-pcb-through-hole-or-surface-mount
Każdy, kto projektuje płytki drukowane do niewielkich serii urządzeń zadaje sobie to pytanie. Amatorzy, hobbyści i profesjonaliści – wszyscy zastanawiają się, czy jest sens korzystania z elementów w obudowach SMD wszędzie tam, gdzie to możliwe, czy nie?
Montaż SMD jest relatywnie nową rzeczą w elektronice. Korzystanie z tego rodzaju elementów ma wiele zalet. Dzięki temu, że podczas montażu wystarczy tylko położyć element w odpowiednim miejscu – nie trzeba dbać o przewlekanie jego nóżek przez PCB – można prosto zautomatyzować taki montaż, znacznie go przyspieszając.
Obecnie nowoczesne urządzenia do montażu automatycznego PCB są w stanie umieścić na płytce drukowanej (PCB) nawet 50 tysięcy elementów na godzinę. To świetna sprawa, jeśli chcemy produkować np. milion telefonów miesięcznie, ale co z tymi, którzy chcą, np. na wstępnej fazie wdrażania produktu swojego start-upu wyprodukować 1000 sztuk jakiegoś urządzenia? Albo do hobbystycznego projektu dla znajomych potrzebują 100 zmontowanych płytek? Nie mówiąc już o amatorskich projektach, które powstają często w liczbie zaledwie kilku sztuk. Czy tego rodzaju projekty realizowane powinny być z wykorzystaniem techniki SMD, a może znanych i lubianych układów THT, które dużo prościej jest ręcznie polutować?
W poniższym artykule skupimy się na omówieniu, kiedy warto trzymać się klasycznego montażu przewlekanego. W większości przypadków jednakże, warto jest skłonić się ku technologii SMD, nawet jeżeli odrobinę utrudnia nam to montaż.
Jednocześnie pamiętać należy, iż istnieją elementy, które dostępne są tylko w obudowach do montażu THT – oczywiście wtedy nie mamy wielkiego wyboru, analogicznie jak w przypadku układów, które dostępne są tylko w obudowach do montażu powierzchniowego. Jeśli jednak mamy wybór, to warto skorzystać z techniki SMD, poza kilkoma wyjątkami:
* Gdy montowane układy są wyjątkowo duże i ciężkie. Elementy takie jak transformatory, przekaźniki, duże kondensatory itp. najlepiej jest montować w obudowach THT. Część z tych układów nie ma nawet odpowiedników w obudowach SMD, a te, które mają wymagają dodatkowego wzmacniania miejsca połączenia – spoina SMD nie jest w stanie przenieść dużego obciążenia mechanicznego.
* Złącza – narażone są one na spore obciążenia podczas włączania i wyłączania. Aby uniknąć wyrwania tego elementu, warto wybrać takie konektory, które dostępne są w obudowie do montażu THT.
* Gdy naprawdę nie umiemy, nie chcemy i/lub nie mamy jak montować elementów SMD.
* Gdy mamy już elementy i są one w obudowach THT.
Oprócz powyższych sytuacji naprawdę warto rozważyć zastosowanie elementów SMS w naszych projektach. Czemu? Po pierwsze wiele nowoczesnych, zaawansowanych elementów, takich jak układy scalone, dostępne jest tylko w obudowach do montażu powierzchniowego. Jeśli będziemy trzymać się elementów przewlekanych, to zamkniemy się na możliwość korzystania z nowszych elementów.
Po prawej stronie widzimy dwie proste, zmontowane płytki drukowane z mikrokontrolerem, kilkoma elementami i złączami. Zasadniczo mają one podobną funkcjonalność – płytka w technologii SMD ma jedynie dodatkowo interfejs USB i sterownik do silników. Obie polutowane są ręcznie. Sterownik do silników, jaki znalazł się w tym projekcie nie jest dostępny w obudowie do montażu przewlekanego.
Kiedyś większość układów scalonych dostępne było w szerokiej gamie obudów – od DIP z rastrem 0,1” (2,54 mm) do mikroskopijnych obudów SMD różnej wielkości, zależnie od tego, jaka w danym momencie dostępna była najmniejsza obudowa. Obecnie jednakże, z uwagi na zwiększenie ilości układów scalonych, często bardzo niszowych i wyspecjalizowanych, firmy rezygnują z utrzymywania szerokiej gamy obudów dla swoich elementów, aby zredukować koszty. Większość układów scalonych dostępnych jest teraz w typowych obudowach dla danej klasy elementów, która dopasowana jest do potrzeb klientów – a te w większości wypadków koncentrują się na miniaturyzacji.
Jako jedna z niewielu, firma Microchip Technology, nadal utrzymuje wiele linii swoich produktów w obudowach DIP. Dostępne są one też w obudowach, takich jak QFN czy BGA z rastrem często wynoszącym zaledwie 0,5 mm, ale nie wiadomo, jak długo firma ta będzie chciała produkować elementy w obudowach DIP. Wiele klas elementów, takich jak ładowarki do ogniw litowo-polimerowych czy wzmacniacze audio itp. dostępne są jedynie w obudowach do montażu powierzchniowego, takich jak QFN lub BGA. Podobnie jest z układami pracującymi z wysokimi częstotliwościami, aczkolwiek tutaj wynika to ściśle z przyczyn technologicznych – tego rodzaju elementy już od dawna montowane były powierzchniowo.
Popularność miniaturowych urządzeń Internetu Rzeczy, urządzeń mobilnych, komputerów przenośnych itp. dalej napędza trend miniaturyzacji układów scalonych. Niewielki układ scalony o wymiarach 3 mm x 3 mm można wykorzystać w miniaturowym systemie IoT i dużym komputerze stacjonarnym. Element w obudowie do montażu przewlekanego np. DIP20 czy nawet większej obudowie SMD (np. SOIC20) jest już zbyt duży, aby znaleźć zastosowanie w kieszonkowym sensorze IoT. Dlatego też producenci wybierają dla swoich układów elektronicznych mniejsze obudowy, które znajdują szersze zastosowania. Niektóre z tych elementów dostępne są komercyjnie w postaci modułów na przejściówkach do montażu przewlekanego, ale jest to dobre jedynie do prototypowania układów, a nie produkcji masowej (nawet na niewielką skalę).
Nie bez znaczenia jest także ekonomia. Elementy SMD są zazwyczaj tańsze od swoich analogów THT. Wynika to z faktu, iż do ich produkcji potrzebne jest zauważalnie mniej surowców, co przekłada się na ich cenę. Jest to szczególnie zauważalne przy elementach pasywnych. Jeśli porównamy ceny np. oporników w katalogu internetowym, to cena obu – SMD i THT – zaczyna się od około 0,10 dolara, ale już przy zakupie stu sztuk cena elementów SMD to połowa ceny tych przewlekanych.
Rozmiary elementów są nie bez znaczenia także dla ich magazynowania. Na obrazku po lewej stronie widzimy zestawienie kondensatorów SMD i THT. Elementów do montażu powierzchniowego jest 500, a tych przewlekanych zaledwie kilka. Zajmują przy tym podobną ilość miejsca.
Ilość zajmowanego miejsca jest ważna nie tylko na półce w magazynie, ale także na płytce drukowanej. Tutaj jest nawet ważniejsza, wszak za każdy centymetr kwadratowy PCB musimy zapłacić – im mniejszy będzie nasz projekt, tym tańsza będzie jego produkcja.
Jeśli chcesz, by Twój projekt trafił kiedykolwiek to produkcji masowej, to zacznij projektować go od razu z wykorzystaniem elementów SMD. W ten sposób unikniesz konieczności przerabiania projektu na późniejszym etapie. Pozwoli to oszczędzić czas i pieniądze.
Jak zawsze kluczowym pytaniem w przypadku produkcji urządzeń elektronicznych – niezależnie od woluminu produkcji – jest koszt. Czy montaż elementów SMD na linii produkcyjnej nie będzie droższy niż w przypadku elementów przewlekanych? Niestety – ten rachunek nie jest taki prosty, ale często wskazuje na korzyść elementów SMD.
Większość ludzi z dobrą lupą i odrobiną cierpliwości jest w stanie poradzić sobie z ręcznym montażem elementów pasywnych w obudowach 0604 czy 0402. Część z nich potrafi nawet polutować ręcznie układy QFN czy BGA. Jednakże powyżej pewnej ilości elementów montaż ręczny przestaje mieć jakikolwiek sens, szczególnie, że wymaga sporo wprawy i wyspecjalizowanych narzędzi.
Jeśli pracujesz nad projektem hobbystycznie, to musisz wykorzystać takie elementy, które możesz polutować ręcznie. Można robić to lutownicą, ale także korzystając z przerobionego piekarnika, lub ewentualnie znaleźć zakład, który realizuje krótkie serie w sensownych cenach. Oczywiście pociąga to za sobą problemy w jakości montażu i konieczność inspekcji manualnej i testowania produkowanych urządzeń.
Jeśli natomiast robisz to w ramach większej firmy, to zazwyczaj tutaj czas to pieniądz. Obie te zmienne są oczywiście wymienne – im szybciej chcemy coś wyprodukować, tym więcej za to zapłacimy. Kompromis zależy od naszych konkretnych potrzeb.
Podsumowując – nie ma nic złego w wykorzystywaniu elementów przewlekanych. Jeśli z jakiegoś powodu preferujesz takie elementy, to korzystaj z nich w swoich projektach. Pamiętaj jednak, iż najnowsze układy scalone dostępne są niemalże wyłącznie w obudowach SMD, co ogranicza Twój wybór podczas projektowania urządzenia. Dodatkowo, szczególnie na większą skalę, koszt jest dużo mniejszy, jeśli korzystasz z układów SMD – tańsze są same elementy, ich montaż oraz mniejsze płytki drukowane.
A Wy, jakie elementy preferujecie? Jak radzicie sobie z ręcznym montażem elementów SMD w swoich projektach i prototypach?
Źródło: https://www.eeweb.com/profile/duane-benson-2/articles/how-to-build-a-pcb-through-hole-or-surface-mount
Fajne? Ranking DIY
